JPH0692687A - Crystallized glass composition containing needle-like dielectric material particle - Google Patents

Crystallized glass composition containing needle-like dielectric material particle

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JPH0692687A
JPH0692687A JP24518992A JP24518992A JPH0692687A JP H0692687 A JPH0692687 A JP H0692687A JP 24518992 A JP24518992 A JP 24518992A JP 24518992 A JP24518992 A JP 24518992A JP H0692687 A JPH0692687 A JP H0692687A
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JP
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dielectric
glass composition
rare earth
crystallized glass
particles
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JP24518992A
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Toichi Takagi
東一 高城
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

PURPOSE:To provide a crystallized glass composition suitable for wiring board for a high-frequency integrated circuit (MIC) and various multi-layer substrates (dielectric material layer), simultaneously satisfying excellent electric characteristics such as dielectric characteristics and mechanical characteristics, containing needle-like dielectric material particles. CONSTITUTION:Needle-like dielectric material particles having >=15 dielectric constant and >=3 aspect ratio are blended with a glass composition which is moldable into a desired shape at a low temperature and has excellent characteristics in terms of weather resistance and production such as productivity and burnt to give the objective crystallized glass composition simultaneously satisfying excellent electric characteristics such as dielectric characteristics and mechanical characteristics in a frequency band used. The crystallized glass composition is especialy suitable for wiring board for a high-frequency integrated circuit (MIC) and various multi-layer substrates (dielectric material layer).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、針状誘電体粒子含有結
晶化ガラス組成物に関し、特に高周波集積回路(MI
C)用の配線基板や各種多層基板(誘電体層等)に適す
る結晶化ガラス組成物に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystallized glass composition containing acicular dielectric particles, and particularly to a high frequency integrated circuit (MI
The present invention relates to a crystallized glass composition suitable for a wiring board for C) and various multilayer boards (dielectric layers, etc.).

【0002】[0002]

【従来技術】携帯電話等の移動体通信などに適用される
高周波機器の発展に伴い、それらに使用されるMICに
も、小型で高性能なものが要求されるようになってきて
いる。このようなMIC配線基板材料には、以下のよう
な特性が要求されている。即ち、先ず、(1) 比誘電率
(εr )が高いこと。この比誘電率が高いと、使用周波
数で共振回路やインダクタンス及びコンデンサーの小型
化が可能になるからである。また、(2) 品質係数Q(誘
電損失の逆数)が高いこと。Q値が高いと損失を小さく
することができるからである。(3) 比誘電率の温度係数
及び形成した共振回路の共振周波数の温度係数が小さい
こと。更に、(4) 導体配線が多層構造にできること。ま
た、(5) 導体の電気抵抗が小さいこと。この導体の電気
抵抗が大きいと、共振回路やインダクタンスのQ値が小
さくなり、導体線路の伝送損失が大きくなるからであ
る。
2. Description of the Related Art With the development of high-frequency devices applied to mobile communication such as mobile phones, MICs used therein are required to be small and have high performance. The following characteristics are required for such MIC wiring board materials. That is, first, (1) high relative permittivity (εr). This is because if the relative permittivity is high, the resonant circuit, the inductance, and the capacitor can be downsized at the operating frequency. (2) The quality factor Q (reciprocal of dielectric loss) must be high. This is because the loss can be reduced when the Q value is high. (3) The temperature coefficient of the relative permittivity and the temperature coefficient of the resonance frequency of the formed resonance circuit are small. In addition, (4) Conductor wiring can have a multilayer structure. Also, (5) the electrical resistance of the conductor is small. This is because if the electric resistance of this conductor is large, the Q value of the resonance circuit and the inductance will be small, and the transmission loss of the conductor line will be large.

【0003】従来、この種の基板に使用される材料とし
ては、例えば、BaO-TiO2系もしくはその構成元素の一部
を他の元素で置換したもの(特公昭58-20905号公報)、
Ba(Mg1/2Ta2/3)O3等の複合ペロブスカイト構造をもった
組成のもの(特公昭59-23048号公報)、TiO2-ZrO2-SnO2
系もしくはその構成元素の一部を他の元素で置換したも
の(特公昭54-35678号公報)、BaO-TiO2-R2O3 系( R:
稀土類元素)のもの(特公昭56-226321 号公報)等の焼
結体が知られている。しかしながら、これらの材料は比
誘電率が大きいものの、配線基板内部に導体路を多層構
造に設けようとすると、基板の焼成温度が高いために高
融点のPT、Pd等の導体抵抗の大きな材料しか使用するこ
とができず、融点の低いAg系、Cu系やAu系等の導体抵抗
の小さな導体材料を使用することができないため、材料
費が高いのみならず、低温焼成ができないという問題点
があった。
Conventionally, as a material used for this type of substrate, for example, a BaO-TiO 2 system or one in which a part of its constituent elements is replaced with another element (Japanese Patent Publication No. 58-20905),
A composition having a composite perovskite structure such as Ba (Mg 1/2 Ta 2/3 ) O 3 (Japanese Patent Publication No. 59-23048), TiO 2 -ZrO 2 -SnO 2
System or a part of its constituent elements replaced by another element (Japanese Patent Publication No. 54-35678), BaO-TiO 2 -R 2 O 3 system (R:
Sintered bodies such as rare earth elements) (Japanese Patent Publication No. 56-226321) are known. However, although these materials have a large relative dielectric constant, when a conductor path is formed in a multilayer structure inside the wiring board, the firing temperature of the board is high, so only materials with high conductor resistance such as PT and Pd with a high melting point are used. Since it cannot be used, it is not possible to use a conductive material with a low melting point, such as Ag, Cu, or Au, which has a low conductor resistance. there were.

【0004】上記以外の従来の材料としては、アルミ
ナ、ステアタイト或いはフォルステライト等の低価格な
セラミックスが知られているが、それらは温度係数が大
きく、更に導体路を多層構造に設けようとすると、上記
と同様の理由でPt、Pd、W 、Mo等の導体抵抗の大きな導
体材料しか使用できないという問題点があった。
As conventional materials other than the above, low-priced ceramics such as alumina, steatite, or forsterite are known, but they have a large temperature coefficient, and if conductor paths are to be provided in a multilayer structure. However, for the same reason as above, there is a problem that only a conductor material having a large conductor resistance such as Pt, Pd, W and Mo can be used.

【0005】更に、これらの課題を解決するため比誘電
率が大きく、且つ温度係数を小さく調整し得る材料とし
てコージェライト系組成のガラスにTiO2粒子及びR2Ti2O
7 粒子( R:稀土類元素)を分散配合した材料が提案さ
れている(特開平4-83736 号公報)。これらの材料は比
誘電率が大きく、且つ前記材料は比誘電率が大きく、且
つ温度係数を小さく調整し得るものであるが、基板の信
頼性等の実用面及び及び製造時の取り扱いの面で望まれ
ている機械的特性が十分でないとという問題があった。
Further, in order to solve these problems, glass having a cordierite composition and TiO 2 particles and R 2 Ti 2 O are used as a material which can be adjusted to have a large relative dielectric constant and a small temperature coefficient.
A material in which 7 particles (R: rare earth element) are dispersed and blended has been proposed (JP-A-4-83736). These materials have a large relative permittivity, and the above materials have a large relative permittivity and can be adjusted to have a small temperature coefficient. However, in terms of practicality such as reliability of the substrate and handling in manufacturing. There is a problem that desired mechanical properties are not sufficient.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであって、誘電特性の優れた新規
な針状誘電体粒子を結晶化ガラス組成物に配合すること
により、比誘電率、品質係数、温度係数ばかりでなく、
機械的特性も改良したMIC配線基板等に好適であり、
低温で焼成可能な結晶化ガラス組成物を提供することを
目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and by incorporating novel acicular dielectric particles having excellent dielectric properties into a crystallized glass composition, Not only relative permittivity, quality factor, temperature coefficient,
Suitable for MIC wiring boards with improved mechanical properties,
It is an object of the present invention to provide a crystallized glass composition that can be fired at a low temperature.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、比誘電率が15以上で且つアスペクト
比が3以上の針状誘電体粒子を配合したことを特徴とす
る結晶化ガラス組成物である。また、前記針状誘電体粒
子として、バリウム、チタン及び稀土類元素もしくはチ
タン及び稀土類元素を主成分とする酸化物を配合するこ
とを特徴とするものである。更に、前記結晶化ガラス組
成がアルミナ、マグネシアおよびシリカを主成分とする
組成であることを特徴とするものである。
That is, the gist of the present invention is that crystallized glass is characterized in that needle-like dielectric particles having a relative dielectric constant of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more are blended. It is a composition. The needle-shaped dielectric particles are characterized by blending barium, titanium and a rare earth element or an oxide containing titanium and a rare earth element as a main component. Further, the crystallized glass composition is a composition containing alumina, magnesia and silica as main components.

【0008】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明でいうアスペクト比とは、針状または柱状の
粒子の長軸の短軸に対する長さの比である。本発明に用
いる針状誘電体粒子は、比誘電率が15以上で且つアス
ペクト比が3以上のものであれば特に限定されないが、
バリウム、チタン及び稀土類元素もしくは、チタン及び
稀土類元素を主成分とする酸化物が好適である。また、
本発明でいう結晶化ガラスとは結晶とガラスとから構成
されたいるものをいうが、出発物質であるガラスがすべ
て結晶に転化したものも含むものとする。
The present invention will be described in more detail below. The aspect ratio in the present invention is the ratio of the major axis of the acicular or columnar particles to the minor axis. The needle-shaped dielectric particles used in the present invention are not particularly limited as long as they have a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more.
Barium, titanium and rare earth elements or oxides containing titanium and rare earth elements as main components are preferable. Also,
The term "crystallized glass" as used in the present invention refers to a material composed of crystals and glass, but also includes glass in which all the starting materials are converted into crystals.

【0009】針状誘電体粒子の比誘電率が15より小さ
いと結晶化ガラス組成物の比誘電率が小さくなり好まし
くない。また、アスペクト比が3より小さいと結晶化ガ
ラス組成物の機械的特性が十分でなく、好ましくない。
最終的に得られる結晶化ガラス組成物の比誘電率は用途
によっても異なり、6以上が好ましく、また機械的強度
は曲げ強度で 200MPa 以上が好ましい。
If the relative dielectric constant of the acicular dielectric particles is less than 15, the crystallized glass composition has a small relative dielectric constant, which is not preferable. On the other hand, if the aspect ratio is smaller than 3, the mechanical properties of the crystallized glass composition are not sufficient, which is not preferable.
The specific permittivity of the finally obtained crystallized glass composition varies depending on the application, and is preferably 6 or more, and the mechanical strength is preferably 200 MPa or more in terms of bending strength.

【0010】第一の発明の結晶化ガラス組成物は、1200
℃以下の低温で所望の形状に成形可能であり、使用する
周波数帯における比誘電率、品質係数及び温度係数等の
誘電特性及び電気絶縁性等の電気特性、更に耐候性、生
産性等の製造面での特性が良好なものであれば特に限定
されないが、第三の発明に説明するアルミナ、マグネシ
アおよびシリカを主成分とする組成が好適である。
The crystallized glass composition of the first invention is 1200
It can be molded into a desired shape at a low temperature of ℃ or below, and it has dielectric properties such as relative permittivity, quality factor and temperature coefficient in the frequency band used, and electrical properties such as electrical insulation, as well as weather resistance and productivity. It is not particularly limited as long as it has good surface characteristics, but a composition containing alumina, magnesia and silica as the main components described in the third invention is preferable.

【0011】本発明の要点は、比誘電率が15以上で且
つアスペクト比が3以上の針状誘電体粒子とガラスを配
合して複合化して、高い比誘電率と高い比誘電率と高い
機械的特性を同時に有する結晶化ガラス組成物を得るこ
とにある。結晶化ガラス組成物中の針状誘電体粒子の配
合割合は、目的の誘電特性及び機械的特性とも関係する
が、80容量%を越えないことが好ましい。80容量%を越
えて配合するとガラスの緻密化が阻害されるためであ
る。
The point of the present invention is to compound needle-like dielectric particles having a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more with glass to form a composite, which has a high relative permittivity, a high relative permittivity and a high mechanical property. To obtain a crystallized glass composition having at the same time characteristic properties. Although the compounding ratio of the acicular dielectric particles in the crystallized glass composition is related to the desired dielectric properties and mechanical properties, it is preferably not more than 80% by volume. This is because if the content exceeds 80% by volume, the densification of the glass is hindered.

【0012】また、一般の複合材料に適用されるよう
に、比誘電率が15以上で且つアスペクト比が3以上の
針状誘電体粒子以外に、強化材或いは熱膨張調整材とし
て機械的特性或いは誘電特性等の電気特性を調整するた
めに、必要に応じて、比誘電率が15未満の針状粒子強
化材や粒子形状或いは板状粒子等のフィラーを配合して
もよい。そのようなフィラーとしては、チタニア、アル
ミナ、石英、ムライト、フォルステライト、石英ガラ
ス、炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニウム等が挙げ
られる。このうち、チタニアの比誘電率が100 程度と大
きく、共振周波数の温度係数は +450 ppm/℃程度であ
り、その添加量を増加させることにより温度係数をプラ
ス側に調整することができる。また、アルミナ、石英、
ムライト、フォルステライト等は、比誘電率が大きくな
いので、添加による誘電率の向上はあまり期待できない
が、アルミナは強度を高める効果が期待でき、石英、ム
ライト、フォルステライト等は熱膨張係数を調整する効
果が期待できる。炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニ
ウム等は粒子形態よりもウイスカー形態の比誘電率が1
5未満の針状粒子強化材の例として挙げることができ
る。これらの針状粒子は、一般の複合材料の強化材料と
して使用される材料であり、機械的特性を向上する効果
が期待できる。これらのフィラーの配合割合は、目的の
誘電特性及び機械的特性が得られる範囲で選ぶことがで
きる。
Further, as applied to general composite materials, in addition to acicular dielectric particles having a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more, they have mechanical characteristics or a mechanical property as a reinforcing material or a thermal expansion adjusting material. In order to adjust electric properties such as dielectric properties, a needle-like particle reinforcing material having a relative dielectric constant of less than 15 or a filler such as a particle shape or plate particles may be blended, if necessary. Examples of such fillers include titania, alumina, quartz, mullite, forsterite, quartz glass, silicon carbide, silicon nitride, aluminum borate and the like. Of these, titania has a large relative permittivity of about 100 and the temperature coefficient of the resonance frequency is about +450 ppm / ° C. By increasing the addition amount, the temperature coefficient can be adjusted to the positive side. Also, alumina, quartz,
Since mullite, forsterite, etc. do not have a large relative permittivity, it cannot be expected to improve the permittivity by adding them, but alumina can be expected to increase the strength, and quartz, mullite, forsterite, etc. adjust the thermal expansion coefficient. You can expect the effect of doing. Silicon carbide, silicon nitride, aluminum borate, etc. have a relative dielectric constant of 1 in the whisker form rather than in the particle form.
Mention may be made, as an example, of a needle-shaped particle reinforcing material having a number of less than 5. These acicular particles are materials used as a reinforcing material for general composite materials, and can be expected to have an effect of improving mechanical properties. The blending ratio of these fillers can be selected within a range where desired dielectric properties and mechanical properties are obtained.

【0013】また、本発明のガラス組成物を用いて配線
基板を製造するに際しては、一般に行なわれるように、
針状誘電体粒子及び必要に応じて添加したフィラー及び
ガラスを配合した結晶化ガラス組成物の原料の混合粉末
から、シート成形法或いは押し出し成形法等の成形法を
適用してグリーンシートを製造し、それに適当な導電ペ
ーストを用いて所定のパターンの導体路をスクリーン印
刷法等の印刷手法などを適用して形成し、そのようなグ
リーンシートを積層して一体化し、一体化したものを焼
成することによって目的とする配線基板を得ることがで
きる。
When a wiring board is manufactured using the glass composition of the present invention, it is generally carried out as follows.
A green sheet is manufactured by applying a molding method such as a sheet molding method or an extrusion molding method from a mixed powder of raw materials of a crystallized glass composition in which needle-shaped dielectric particles and fillers and glass added as needed are mixed. , A conductive path having a predetermined pattern is formed by applying a printing method such as a screen printing method using a suitable conductive paste, and such green sheets are laminated and integrated, and the integrated one is baked. As a result, the intended wiring board can be obtained.

【0014】次に第二の発明の発明について説明する。
第二の発明でいう稀土類元素とは、一般の定義通りLa、
Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b、Lu及びY 、Scの17種類の元素であり、特に要求され
る誘電体の特性によるがLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、
Gd、Tb及びDyなどが有用である。第二の発明では、バリ
ウム、チタン及び上記稀土類元素もしくはチタン及び上
記稀土類元素を主成分とする酸化物の針状誘電体粒子を
用いることが特徴であるが、この主成分以外の添加成分
としては特に限定されないが、Pb、Sr、Ca、Zr、Hf、B
i、Mn、Al、Mg、Si、Ge、Te、Ni、Tl、Sb、Co及びCr等
を一種以上添加してもよく、その添加量は酸化物換算で
通常25重量%以下が好ましい。
Next, the invention of the second invention will be described.
The rare earth element referred to in the second invention is La, as generally defined,
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
There are 17 kinds of elements, b, Lu and Y, Sc, and La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, depending on the required characteristics of the dielectric material.
Gd, Tb and Dy are useful. The second invention is characterized by using acicular dielectric particles of barium, titanium and the above rare earth elements or oxides containing titanium and the above rare earth elements as main components, but additional components other than this main component Is not particularly limited, but Pb, Sr, Ca, Zr, Hf, B
One or more of i, Mn, Al, Mg, Si, Ge, Te, Ni, Tl, Sb, Co and Cr may be added, and the addition amount thereof is preferably 25% by weight or less in terms of oxide.

【0015】また、バリウム、チタン及び稀土類元素の
組成比は特に限定されるものではないが、稀土類元素を
Rと表し+3価であると仮定して組成式 a・ BaO ・b ・Ti
O2・c ・ R2O3(式中、a, b, c はモル比率で、a+b+c=1
、0.1<a<0.2 、0.6<b<0.8 、0.1<c<0.2 、 R:稀土類
元素)で表される組成範囲が特に好ましい。その理由は
マイクロ波帯等の高周波帯において比誘電率が90程度と
大きく、品質係数Qが1500以上と大きく(誘電損失が小
さい)、更に、組成を調整することにより共振周波数の
温度係数τf が0付近で調整可能であるからである。
The composition ratio of barium, titanium and rare earth element is not particularly limited, but rare earth element
It is expressed as R and assuming +3 valence, the composition formula a ・ BaO ・ b ・ Ti
O 2・ c ・ R 2 O 3 (In the formula, a, b, and c are molar ratios, and a + b + c = 1.
, 0.1 <a <0.2, 0.6 <b <0.8, 0.1 <c <0.2, R: rare earth element) is particularly preferable. The reason is that in high frequency bands such as the microwave band, the relative permittivity is as large as about 90 and the quality factor Q is as large as 1500 or more (dielectric loss is small). Furthermore, by adjusting the composition, the temperature coefficient τf of the resonance frequency is This is because it can be adjusted near 0.

【0016】また、チタン及び稀土類元素の組成比は特
に限定されるものではないが、具体的には、R4Ti9O24
R2Ti4O11、R2Ti3O9-x 、R2Ti2O7 、RTiO3 、R2TiO5(R
は稀土類元素を表す)等の化合物や固溶体が挙げられ
る。これらの物質の比誘電率εr 、品質係数Q(誘電損
失 tanδの逆数)及び温度係数τf 等の誘電特性は、そ
の結晶構造と組成、特に稀土類元素の種類と組成比、及
び製造条件等により大きく異なり、使用目的に応じて選
択される。例えば、R2Ti2O7 の誘電特性は、比誘電率ε
r が35〜45程度、品質係数Qが 500〜12000 程度、温度
係数τf は0〜-120程度であり、稀土類元素の種類と組
成比及び製造条件によって異なる。また、R4Ti9O24の誘
電特性は、比誘電率εr が35程度、温度係数τf は0〜
+80程度ある。
The composition ratio of titanium and rare earth elements is not particularly limited, but specifically, R 4 Ti 9 O 24 ,
R 2 Ti 4 O 11 , R 2 Ti 3 O 9-x , R 2 Ti 2 O 7 , RTiO 3 , R 2 TiO 5 (R
Represents a rare earth element) and other compounds and solid solutions. The dielectric properties of these substances, such as relative permittivity εr, quality factor Q (reciprocal of dielectric loss tanδ) and temperature coefficient τf, depend on their crystal structure and composition, especially the type and composition ratio of rare earth elements, and manufacturing conditions. It varies greatly and is selected according to the purpose of use. For example, the dielectric property of R 2 Ti 2 O 7 is
The r is about 35 to 45, the quality factor Q is about 500 to 12000, and the temperature factor τf is about 0 to -120, which varies depending on the type and composition ratio of rare earth elements and manufacturing conditions. The dielectric properties of R 4 Ti 9 O 24 are as follows: relative permittivity εr of about 35, temperature coefficient τf of 0
There is about +80.

【0017】第二の発明のバリウム、チタン及び稀土類
元素もしくはチタン及び稀土類元素を主成分とする酸化
物の誘電体針状粒子の製造方法としては、バリウム、チ
タン及び稀土類元素成分含有原料もしくはチタン及び希
土類元素成分含有原料と溶融剤との混合物を熱処理する
方法が挙げられる。以下更にこの製造法について説明す
る。
The method for producing dielectric needle particles of barium, titanium and rare earth elements or oxides containing titanium and rare earth elements as a main component of the second invention is a raw material containing barium, titanium and rare earth element components. Alternatively, a method of heat-treating a mixture of a raw material containing titanium and a rare earth element component and a melting agent may be mentioned. Hereinafter, this manufacturing method will be described.

【0018】バリウムの原料としてはバリウムの炭酸
塩、酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩及びシ
ュウ酸塩、ギ酸塩、酢酸塩等の有機酸塩などが挙げられ
るが、熱処理後に酸化物となり不純物を残留しないもの
が好ましい。原料が粉末形態である場合には、その粒度
は細かいものが好ましく、具体的には5μm 以下、好ま
しくは1μm 以下のものである。
Examples of barium raw materials include barium carbonate, oxides, hydroxides, chlorides, nitrates, sulfates and organic acid salts such as oxalates, formates and acetates. Those that become oxides and do not remain impurities are preferable. When the raw material is in powder form, the particle size is preferably small, specifically 5 μm or less, preferably 1 μm or less.

【0019】チタンの原料としてはチタンの酸化物、水
酸化物、オキシ酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩及びシ
ュウ酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、アルコキシド等の有機酸
塩、金属などが挙げられるが、熱処理後に酸化物となり
不純物を残留しないものが好ましい。原料が粉末形態で
ある場合には、その粒度は細かいものが好ましく、具体
的には5μm 以下、好ましくは1μm 以下のものであ
る。
Examples of titanium raw materials include titanium oxides, hydroxides, oxyoxides, chlorides, nitrates, sulfates, oxalates, formates, acetates, alkoxides and other organic acid salts, and metals. However, it is preferable that the oxide becomes an oxide after heat treatment and no impurities remain. When the raw material is in powder form, the particle size is preferably small, specifically 5 μm or less, preferably 1 μm or less.

【0020】稀土類元素の原料としては稀土類元素の酸
化物が好ましく、そのほか炭酸塩などの塩が好ましい。
また、目的とする組成によっては稀土類元素の精製工程
で得られる軽稀土酸化物混合物など何種類かの稀土類元
素を含む原料を用いても良い。また、金属を原料として
も良い。何れにしても熱処理後に酸化物となり不純物を
残留しないものが好ましい。原料が粉末形態である場合
には、その粒度は細かいものが好ましく、具体的には5
μm 以下、好ましくは1μm 以下のものである。
As a raw material for rare earth elements, oxides of rare earth elements are preferable, and salts such as carbonates are preferable.
Further, depending on the composition of interest, a raw material containing several kinds of rare earth elements such as a light rare earth oxide mixture obtained in the step of refining rare earth elements may be used. Alternatively, a metal may be used as a raw material. In any case, it is preferable that it becomes an oxide after heat treatment and no impurities remain. When the raw material is in powder form, the particle size is preferably fine, specifically 5
It is less than or equal to μm, preferably less than or equal to 1 μm.

【0021】添加成分を加える場合に用いる添加成分の
原料としては特に限定されないが、単体、合金、酸化
物、水酸化物、オキシ酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩
及びシュウ酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、アルコキシド等の有
機酸塩、及びこれらの混合物、2種以上の成分からなる
複合化合物などが挙げられるが、熱処理後に酸化物とな
り不純物を残留しないものが好ましい。原料が粉末形態
である場合には、その粒度は細かいものが好ましく、具
体的には5μm 以下、好ましくは1μm 以下のものであ
る。
The raw material of the additive component used when adding the additive component is not particularly limited, but simple substance, alloy, oxide, hydroxide, oxyoxide, chloride, nitrate, sulfate and oxalate salt, formate salt. Examples thereof include organic acid salts such as acetic acid salts and alkoxides, and mixtures thereof, and complex compounds composed of two or more kinds of components, but those that do not remain as impurities after heat treatment are preferable. When the raw material is in powder form, the particle size is preferably small, specifically 5 μm or less, preferably 1 μm or less.

【0022】バリウム、チタン及び稀土類元素成分含有
原料或いはチタン及び稀土類元素成分含有原料としては
上記各成分含有原料の混合物で良いが、さらに各成分が
均一に分布しており、稀土類元素及びチタンの少なくと
も一部が複合化合物及び/または固溶体を形成している
ものが好ましい。これらの稀土類元素及びチタンの少な
くとも一部が複合化合物及び/または固溶体を形成して
いる原料の製法としては、固相法、共沈法等の液相法及
び気相法があり、何れの方法でも良いが生産性、製造効
率の点では固相法が良い。
As the raw material containing barium, titanium and rare earth element components or the raw material containing titanium and rare earth element components, a mixture of the above raw materials containing each component may be used, but further, each component is uniformly distributed. It is preferable that at least a part of titanium forms a complex compound and / or a solid solution. As a method for producing a raw material in which at least a part of these rare earth elements and titanium form a complex compound and / or a solid solution, there are a solid phase method, a liquid phase method such as a coprecipitation method, and a gas phase method. Although the method may be used, the solid phase method is preferable in terms of productivity and production efficiency.

【0023】固相法としては上記構成成分の原料を粉末
形態で混合し仮焼する方法である。混合はミキサー、ボ
ールミル、振動ミル等を用い乾式、湿式のいずれでもよ
いが、湿式の方が効率がよい。最適仮焼温度は、組成に
よっても異なるが 700℃〜1500℃、好ましくは 900℃〜
1300℃である。仮焼温度 700℃未満では混合粉末の固相
反応が不十分であり、また1500℃を超えると粉末同士の
強固な凝集が進行し粉末が粗大化し粉体特性が悪化し、
溶融剤との混合特性が低下するからである。仮焼処理の
方法は、具体的には通常の電気炉等で仮焼することなど
が挙げられる。
The solid phase method is a method in which the raw materials of the above-mentioned constituents are mixed in a powder form and calcined. Mixing may be performed by a dry method or a wet method using a mixer, a ball mill, a vibration mill or the like, but the wet method is more efficient. The optimum calcination temperature varies depending on the composition, but it is 700 ℃ ~ 1500 ℃, preferably 900 ℃ ~
It is 1300 ° C. If the calcination temperature is less than 700 ° C, the solid-phase reaction of the mixed powder is insufficient, and if it exceeds 1500 ° C, strong agglomeration of the powders progresses and the powder becomes coarse and the powder characteristics deteriorate.
This is because the mixing characteristics with the melting agent deteriorate. Specific examples of the calcination method include calcination in an ordinary electric furnace or the like.

【0024】また、主成分以外に前述の添加成分を加え
る場合には、それら添加成分の酸化物、炭酸塩などの各
種塩類などの添加成分の単独化合物やいくつかの添加成
分からなる複合化合物を粉末や溶液の形態で上記固相
法、液相法、気相法などの工程で用いるかまたは溶融剤
と混合する際に添加混合して用いても良い。
When the above-mentioned additional components are added in addition to the main component, a single compound of the additional components such as various salts such as oxides and carbonates of these additional components or a composite compound consisting of several additional components is used. It may be used in the form of powder or solution in the steps of the solid phase method, the liquid phase method, the gas phase method or the like, or may be added and mixed when mixed with the melting agent.

【0025】溶融剤は、熱処理条件下で溶融し且つ稀土
類元素及びチタン成分と選択的な反応を起こさないもの
が好ましく、アルカリ金属の硫酸塩及び塩化物やガラス
相形成成分等が好適である。アルカリ金属の硫酸塩及び
塩化物の具体的例としては、硫酸リチウム、硫酸ナトリ
ウム、硫酸カリウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、
塩化カリウム及びこれらの水和物である。また、ガラス
相形成成分の具体例としては、ホウ素化合物が挙げら
れ、ホウ素の酸化物、例えば酸化ホウ素やホウ素の酸素
酸、例えばオルトホウ素酸(H3BO3 )、四ホウ酸(H2B4
O7)、メタホウ酸(HBO2)或いはこれらのアルカリ金属
塩、例えば四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、メ
タホウ酸ナトリウム及びホウ素のアルコキシド化合物、
例えばホウ素エトキシド( B(OC2H5)3)等の公知の塩類
などがある。これらの溶融剤は単独で用いてもよいし、
また2種以上混合してもよい。
The melting agent is preferably one that melts under heat treatment conditions and does not cause a selective reaction with rare earth elements and titanium components, and sulfates and chlorides of alkali metals, glass phase forming components and the like are preferable. . Specific examples of alkali metal sulfates and chlorides include lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, lithium chloride, sodium chloride,
Potassium chloride and hydrates thereof. Specific examples of the glass phase forming components, the boron compound include oxides of boron, for example, oxygen acid of boron oxide or boron, for example, orthoboric periodate (H 3 BO 3), tetraborate (H 2 B Four
O 7 ), metaboric acid (HBO 2 ) or alkali metal salts thereof, such as sodium tetraborate, potassium tetraborate, sodium metaborate and boron alkoxide compounds,
For example, there are known salts such as boron ethoxide (B (OC 2 H 5 ) 3 ). These melting agents may be used alone,
Moreover, you may mix 2 or more types.

【0026】溶融剤の添加量は少ないと針状誘電体粒子
の成長が阻害され、針状誘電体粒子同士の凝集が起こり
やすく、また多量に添加し過ぎても後処理等が煩雑とな
り、その添加効果は小さい。したがって、目的とする針
状誘電体粒子組成及び使用する溶融剤の種類などによっ
て最適添加量が異なるが、酸化物換算の稀土類元素及び
チタン成分含有原料の重量に対して25〜500重量%が好
ましく、さらに50〜300重量%が好ましい。
If the amount of the melting agent added is small, the growth of the needle-shaped dielectric particles is hindered, and the needle-shaped dielectric particles are likely to aggregate with each other, and if too much is added, the post-treatment etc. becomes complicated. The effect of addition is small. Therefore, the optimum addition amount varies depending on the desired needle-shaped dielectric particle composition and the type of the melting agent used, but 25 to 500% by weight based on the weight of the raw material containing rare earth element and titanium component in terms of oxide. It is more preferably 50 to 300% by weight.

【0027】主成分含有原料と溶融剤との混合物方法と
しては、均一に混合できる方法であれば特に限定される
ものではなく、公知の乾式法、湿式法いずれの方法によ
ってもおこなうことができる。乾式とは乳鉢、ミキサ
ー、ボールミル等の通常の混合方法で混合することを意
味する。また、湿式法とは稀土類元素及びチタン成分含
有原料と溶液形態の溶融剤原料を混合する方法である。
湿式法を用いた場合には熱処理前に乾燥工程を加えるこ
とが好ましい。
The method of mixing the raw material containing the main component and the melting agent is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly mixing, and any known dry method or wet method can be used. The dry type means mixing by a usual mixing method such as a mortar, a mixer and a ball mill. The wet method is a method of mixing a raw material containing a rare earth element and a titanium component with a melt raw material in a solution form.
When the wet method is used, it is preferable to add a drying step before the heat treatment.

【0028】主成分含有原料と溶融剤との混合物の最適
熱処理温度としては、組成によっても異なるが 900〜16
00℃、好ましくは1000〜1500℃である。熱処理温度が 9
00℃未満では針状酸化物誘電体の生成反応が促進され
ず、また1600℃を超えると針状粒子同士の固着や不純物
相の生成が起こりやすく好ましくない。熱処理には、Pt
など高温で使用可能な金属製容器、各種セラミックス容
器などを用いることができる。これらの容器は主成分含
有原料や溶融剤と反応しにくいものが好ましい。また、
主成分含有原料と溶融剤との混合物を加圧成形などによ
り成形したものを熱処理し容器との反応を抑制すること
もできる。
The optimum heat treatment temperature of the mixture of the main component-containing raw material and the melting agent varies depending on the composition, but is 900 to 16
The temperature is 00 ° C, preferably 1000 to 1500 ° C. Heat treatment temperature is 9
If the temperature is lower than 00 ° C, the reaction for forming the acicular oxide dielectric material is not promoted, and if the temperature is higher than 1600 ° C, sticking of needle-shaped particles to each other and generation of an impurity phase are likely to occur, which is not preferable. Pt for heat treatment
A metal container that can be used at high temperatures, various ceramic containers, and the like can be used. It is preferable that these containers are hard to react with the raw material containing the main component and the melting agent. Also,
It is also possible to suppress the reaction with the container by heat-treating a mixture of the raw material containing the main component and the melting agent, which is molded by pressure molding or the like.

【0029】溶融剤を含む反応生成物から針状誘電体粒
子を単離する方法には、熱塩酸、熱硫酸、熱硝酸或いは
これらの混合物、熱苛性ソーダまたは熱水などを用い
て、溶融剤その他水溶性物質を除去したのち充分に水洗
方法が挙げられる。また、ガラス相の副生があり、前記
方法で除去が困難である場合には、酸又はアルカリによ
り水熱処理を行い溶解除去することもできる。水不溶性
の副生物がある場合には、デカンテーション等の処理で
残留物から針状酸化物誘電体粒子を分離したのち、充分
に水洗してもよい。
For the method of isolating the needle-shaped dielectric particles from the reaction product containing the melting agent, hot hydrochloric acid, hot sulfuric acid, hot nitric acid or a mixture thereof, hot caustic soda, hot water or the like may be used. A method of thoroughly washing with water after removing the water-soluble substance can be mentioned. When the glass phase is by-produced and it is difficult to remove it by the above method, it can be dissolved and removed by hydrothermal treatment with an acid or an alkali. When there is a water-insoluble by-product, the needle-shaped oxide dielectric particles may be separated from the residue by a treatment such as decantation and then washed sufficiently with water.

【0030】次に第三の発明に用いるアルミナ、マグネ
シア及びシリカを主成分とする結晶化ガラス組成につい
て以下に説明する。本発明にいうアルミナ、マグネシア
およびシリカを主成分とする結晶化ガラスとは、焼成後
の結晶構造がコージェライト結晶相のみから成る場合、
もしくはコージェライト結晶相を主成分としてガラスま
たは他の結晶を含む組成物であれば、基本的には問題な
く、出発原料としてアルミナ、マグネシア及びシリカを
主成分とする公知の各種コージェライト系組成のガラス
またはコージェライト系組成のガラスを含むものを用い
ることができる。以下の説明では、主成分及び添加成分
とも組成を酸化物で表記し酸化物換算の割合を示すが、
原料として酸化物を用いることを限定するものではな
く、熱処理によって実質的に酸化物となる金属の各種塩
類等を原料として用いてもよい。
The crystallized glass composition containing alumina, magnesia and silica as the main components used in the third invention will be described below. Alumina, crystallized glass containing magnesia and silica as the main components in the present invention means that the crystal structure after firing is composed only of a cordierite crystal phase,
Or, if it is a composition containing glass or other crystals with the cordierite crystal phase as the main component, basically no problem occurs, and various known cordierite-based compositions containing alumina, magnesia and silica as the main components as the main components are used. A material containing glass or glass having a cordierite composition can be used. In the following description, the composition of both the main component and the additive component is expressed as an oxide and the ratio in terms of oxide is shown.
The use of an oxide as a raw material is not limited, and various salts of a metal that substantially becomes an oxide by heat treatment may be used as a raw material.

【0031】コージェライトガラスの具体例としては、
SiO2:25〜65重量%、 Al2O3:10〜45重量%、 MgO:7
〜25重量%、B2O3:0〜20重量%を主成分とするもの、
更に好ましくは、SiO2:48〜63重量%、 Al2O3:10〜25
重量%、 MgO:10〜25重量%、B2O3:4〜10重量%を主
成分とするものである。これらの組成範囲では、1100℃
以下でも焼成・緻密化が可能である。SiO2の割合が65%
を越えるとガラス溶融温度が上昇するとともに、焼結時
に急激に結晶化が進行するため、焼結を助けるガラス相
が不足し緻密化が阻害される。また、SiO2の割合が25重
量%未満であると結晶化温度が上昇し、緻密な焼結体が
得られる温度が高くなり好ましくない。Al2O3の割合が4
5重量%を越えると緻密な焼結体が得られる温度が高く
なり、10重量%未満では、コージェライト結晶相の生成
が少なくなり好ましくない。 MgOの割合は、25重量%を
越えると焼結時の変形が大きくなり実用的に好ましくな
い。これは、ケイ酸マグネシウムが析出するためと推定
される。また、 MgOの割合が7重量%未満であると緻密
な焼結体を得られないという問題が生じる。B2O3の割合
は、20重量%を越えると焼結時に発泡しやすくなり、焼
結可能な温度範囲が狭くなると共に、焼結体の強度及び
耐水性が低下する問題が生じる。
Specific examples of cordierite glass include:
SiO 2 : 25 to 65% by weight, Al 2 O 3 : 10 to 45% by weight, MgO: 7
-25% by weight, B 2 O 3 : 0 to 20% by weight as a main component,
More preferably, SiO 2 : 48-63% by weight, Al 2 O 3 : 10-25
Wt%, MgO: 10 to 25 wt%, B 2 O 3: as a main component 4 to 10% by weight. 1100 ° C in these composition ranges
The firing and densification are possible even below. 65% SiO 2
If it exceeds, the glass melting temperature rises, and crystallization rapidly progresses during sintering, so that the glass phase that aids sintering is insufficient and densification is hindered. Further, if the proportion of SiO 2 is less than 25% by weight, the crystallization temperature rises and the temperature at which a dense sintered body can be obtained becomes high, which is not preferable. Al 2 O 3 ratio is 4
If it exceeds 5% by weight, the temperature at which a dense sintered body can be obtained becomes high, and if it is less than 10% by weight, the production of cordierite crystal phase is reduced, which is not preferable. If the proportion of MgO exceeds 25% by weight, the deformation during sintering becomes large, which is not preferable in practice. This is presumed to be due to the precipitation of magnesium silicate. Further, if the proportion of MgO is less than 7% by weight, there arises a problem that a dense sintered body cannot be obtained. If the proportion of B 2 O 3 exceeds 20% by weight, foaming tends to occur during sintering, the temperature range in which sintering is possible becomes narrow, and the strength and water resistance of the sintered body deteriorate.

【0032】上記主成分以外にも添加成分として、アル
カリ金属の酸化物や CaO、BaO 、SrO 等のアルカリ土類
金属の酸化物、ZrO2、ZnO 、PbO 等の金属酸化物が必要
に応じて焼結性を向上するために添加される。また、M
n、Cr、Fe、Co、Ni、Cuや稀土類金属の酸化物が必要に
応じて着色の目的で使用される。更に結晶化促進の核生
成剤として、TiO2等の成分を必要に応じて添加しても良
い。また、このような添加成分の他にも、ある程度の不
純物がガラスの製造工程等から混入することもある。
In addition to the above main components, alkali metal oxides, oxides of alkaline earth metals such as CaO, BaO, and SrO, and metal oxides such as ZrO 2 , ZnO, and PbO are added as necessary. It is added to improve sinterability. Also, M
Oxides of n, Cr, Fe, Co, Ni, Cu and rare earth metals are used for coloring purposes as needed. If necessary, a component such as TiO 2 may be added as a nucleating agent for promoting crystallization. In addition to such additive components, some impurities may be mixed in during the glass manufacturing process or the like.

【0033】コージェライト組成のガラスの調製には、
公知の各種のガラス化手法が適用できる。一般的にガラ
スの製造に用いられる溶融法は、各原料成分を目的とす
るコージェライト系組成の割合で配合した混合物を溶融
し、その溶融物を急冷してガラスを得る方法である。ま
た、このようにして製造したコージェライト系ガラス
は、配線基板等の成形焼結体にする際にガラス粉末とし
て用いるが、その成形性及び焼結性等を向上するため
に、その粒径は小さいことが望ましく、一般に粒径20μ
m 以下、更に、10μm 以下が望ましい。
To prepare a glass of cordierite composition,
Various known vitrification techniques can be applied. The melting method generally used for producing glass is a method of melting a mixture in which each raw material component is mixed in a target cordierite composition ratio, and rapidly cooling the melt to obtain glass. The cordierite-based glass produced in this manner is used as glass powder when forming a molded sintered body such as a wiring board. In order to improve its moldability and sinterability, its particle size is Small size is desirable, particle size is generally 20μ
m or less, more preferably 10 μm or less.

【0034】コージェライト系ガラスの共振周波数の温
度係数は、-80〜-40ppm/℃であり、誘電体針状粒子及
びその他のフィラーの配合割合は、これを考慮して所望
の特性となるように配合される。所定の割合に各種原料
を配合したガラス組成物をコージェライト系ガラスに一
般に適用される方法で成形された成形体を焼成して緻密
化し、更にコージェライト系ガラス成分を結晶化させ
て、コージェライト結晶相と誘電体針状粒子及び必要に
応じて添加したフィラーを主としてなる焼結体を製造す
る。焼成温度は、1100℃以下の温度を適用することがで
き、その下限は800 ℃程度である。更にコージェライト
系ガラス成分の結晶化は、焼成温度で保持することによ
り、焼結工程と同時に或いはそれに引き続き行なうこと
ができる。結晶化のための温度範囲は、850〜1100℃程
度である。焼結方法としては、常圧焼結、以外に一般の
セラミックスの焼結の際に適用されるホットプレスやH
IP等の手法を適用しても良い。結晶化により生成する
主結晶相はコージェライトであるが、ガラスの組成によ
っては、コージェライト以外にムライト、フォルステラ
イト、スピネル等の結晶相の析出や非晶質相の残留が起
こることがある。
The temperature coefficient of the resonance frequency of the cordierite glass is -80 to -40 ppm / ° C., and the mixing ratio of the dielectric needle particles and other fillers should be taken into consideration to obtain the desired characteristics. Is blended with. A glass composition in which various raw materials are mixed in a predetermined ratio is fired to densify a molded body formed by a method generally applied to cordierite glass, and further cordierite glass components are crystallized to form cordierite. A sintered body mainly composed of a crystal phase, dielectric needle particles, and a filler optionally added is manufactured. A firing temperature of 1100 ° C or lower can be applied, and the lower limit is about 800 ° C. Further, the crystallization of the cordierite glass component can be carried out simultaneously with or after the sintering step by keeping it at the firing temperature. The temperature range for crystallization is about 850-1100 ° C. As a sintering method, hot press or H applied which is applied at the time of sintering of general ceramics other than the normal pressure sintering.
A method such as IP may be applied. The main crystal phase produced by crystallization is cordierite, but depending on the glass composition, precipitation of a crystal phase of mullite, forsterite, spinel, etc., or retention of an amorphous phase may occur in addition to cordierite.

【0035】[0035]

【作用】本発明は、アスペクト比が3以上の針状誘電体
粒子を配合するので、通常の粒子形状のフィラー等と異
なり、針状粒子であるので焼結体内の針状粒子が破壊エ
ネルギー及び破壊亀裂の散逸源として作用し、破壊に必
要なエネルギーを増大させるため焼結体の強度が向上す
るものと考えられる。また、針状誘電体粒子は比誘電率
が15以上の誘電特性を有するので、配合割合を調整する
ことにより所望の誘電特性を実現できる作用も同時に達
成することができ、機械的特性と誘電特性等の電気特性
とを同時に向上した優れた特性を発現することができ
る。
In the present invention, since needle-shaped dielectric particles having an aspect ratio of 3 or more are blended, the needle-shaped particles in the sintered body have a different breaking energy and It acts as a dissipative source of fracture cracks and increases the energy required for fracture, which is considered to improve the strength of the sintered body. In addition, since the needle-shaped dielectric particles have a dielectric property with a relative dielectric constant of 15 or more, it is possible to achieve the desired dielectric property by adjusting the blending ratio at the same time. It is possible to exhibit excellent characteristics in which electrical characteristics such as the above are simultaneously improved.

【0036】[0036]

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。 [針状誘電体粒子の調製]表1に示す組成となるように
BaCO3粉末(堺化学社製)、TiO2粉末(石原産業社製)
及び稀土類酸化物粉末(日本イットリウム社製、Sm2O
3 、Nd2O3 )を秤量後、針状誘電体粒子の調製には、溶
融剤として硫酸カリウム粉末( K2SO4)を酸化物換算の
バリウム、チタン及び稀土類元素成分含有原料の総重量
に対して表1に示す重量%となるように秤量してボール
ミルにより10時間混合した。得られた混合物を表1の温
度で5時間熱処理した。この反応生成物を冷却し、酸を
加えて煮沸し、溶融剤を除去したのち充分に水洗乾燥し
た。得られた針状誘電体粒子の太さ、長さ、アスペクト
比の平均値及び粉末エックス線回折により同定された結
晶相、更に比誘電率を表1に示した。尚、比誘電率は、
得られた針状粒子を粉砕後、円盤状に成形して温度1500
〜1550で焼結し、得られた焼結体を平行研磨後、円盤両
面に電極を形成して1 MHzにおける値を測定した。以
下、得られた誘電体針状粒子を表1に示すように針状粒
子1、針状粒子2などとして示す。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples. [Preparation of acicular dielectric particles] To obtain the composition shown in Table 1.
BaCO 3 powder (Sakai Chemical Co., Ltd.), TiO 2 powder (Ishihara Sangyo Co., Ltd.)
And rare earth oxide powder (manufactured by Japan Yttrium Co., Sm 2 O
3 , Nd 2 O 3 ) was weighed, and then the needle-shaped dielectric particles were prepared by using potassium sulfate powder (K 2 SO 4 ) as a melting agent in a total amount of oxide-equivalent raw materials containing barium, titanium and rare earth element components. It was weighed so that the weight% shown in Table 1 was relative to the weight, and mixed by a ball mill for 10 hours. The obtained mixture was heat-treated at the temperature shown in Table 1 for 5 hours. The reaction product was cooled, added with an acid and boiled to remove the melting agent, and then thoroughly washed with water and dried. Table 1 shows the thickness, length, average value of aspect ratio, crystal phase identified by powder X-ray diffraction, and relative permittivity of the obtained acicular dielectric particles. The relative permittivity is
After crushing the obtained acicular particles, it is molded into a disk shape and the temperature is 1500.
After sintering at ˜1550, parallel polishing of the obtained sintered body, electrodes were formed on both sides of the disk, and the value at 1 MHz was measured. Hereinafter, the obtained dielectric needle particles are shown as needle particles 1 and needle particles 2 as shown in Table 1.

【0037】[粉末の調製]上記[針状誘電体粒子の調
製]で用いた原料粉末を表1に示す組成となるように秤
量してボールミルにより10時間混合した。得られた混合
物を表1の温度で5時間熱処理した。熱処理物をボール
ミルにより10時間粉砕して得られた粉末の粒径(表1の
「長さ」の欄に記載)及び粉末エックス線回折により同
定された結晶相、更に比誘電率を表1に示した。尚、比
誘電率の測定は、上記[針状誘電体粒子の調製]と同様
の条件で行なった。以下、得られた粉末を表1に示すよ
うに粉末1、粉末2などとして示す。また、表1からわ
かるように針状粒子1と粉末1の組成は同様であり、以
下それぞれ同一番号の針状粒子と粉末とが同様の組成で
ある。
[Preparation of Powder] The raw material powder used in the above [Preparation of acicular dielectric particles] was weighed so as to have the composition shown in Table 1 and mixed by a ball mill for 10 hours. The obtained mixture was heat-treated at the temperature shown in Table 1 for 5 hours. The particle size of the powder obtained by grinding the heat-treated product with a ball mill for 10 hours (described in the column of "length" in Table 1), the crystal phase identified by powder X-ray diffraction, and the relative dielectric constant are shown in Table 1. It was The relative permittivity was measured under the same conditions as in the above [Preparation of acicular dielectric particles]. Hereinafter, the obtained powders are shown as powder 1 and powder 2 as shown in Table 1. As can be seen from Table 1, the acicular particles 1 and the powder 1 have the same composition, and the acicular particles and the powder having the same numbers have the same compositions.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[ガラス組成物粉末の調製]表2に示す組
成となるように、MgO 、Al2O3 、SiO2及びH3BO3 等の粉
末原料を秤量後、自動乳鉢にて20分間混合した。得られ
た混合物を白金ルツボ中にて温度1600℃程度に加熱して
溶融後、水中に投下して急冷しガラス組成物とした。得
られたガラス組成物をボールミルにて20時間粉砕し、粒
径2〜4μm 程度のガラス組成物粉末を得た。以下、得
られたガラス粉末を表2に示すようにガラス1、ガラス
2などとして示す。
[Preparation of Glass Composition Powder] Powder raw materials such as MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 and H 3 BO 3 were weighed and mixed in an automatic mortar for 20 minutes so as to have the composition shown in Table 2. did. The obtained mixture was heated to a temperature of about 1600 ° C. in a platinum crucible and melted, then dropped into water and rapidly cooled to obtain a glass composition. The obtained glass composition was pulverized with a ball mill for 20 hours to obtain a glass composition powder having a particle size of about 2 to 4 μm. Hereinafter, the obtained glass powder is shown as glass 1, glass 2, etc. as shown in Table 2.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】[実施例1〜10及び比較例1〜10]調
製した針状誘電体粒子、粉末及びガラスを表3に示す割
合で秤量混合した。得られた混合物を温度 900〜1000℃
で1時間焼成した。得られた焼結体を切断研磨加工して
3点曲げ強度(JIS-R1601 に準拠)を測定した。その結
果を表3に示す。これから明らかなように同じ組成を持
った針状誘電体粒子と粉末を同様の配合割合で使用した
結晶化ガラス組成物(実施例の番号と比較例の番号が同
じもの同士の比較)の機械的強度は、針状誘電体粒子の
方が高く、針状誘電体粒子を用いることによりガラス組
成物の機械的特性が改善され得ることを示している。
[Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 10] The prepared acicular dielectric particles, powder and glass were weighed and mixed in the proportions shown in Table 3. The temperature of the resulting mixture is 900-1000 ° C.
It was baked for 1 hour. The obtained sintered body was cut and polished, and the three-point bending strength (according to JIS-R1601) was measured. The results are shown in Table 3. As is apparent from this, the mechanical properties of the crystallized glass composition (comparison between the numbers of the example and the numbers of the comparative examples) in which the acicular dielectric particles and the powders having the same composition were used in the same mixing ratio The strength is higher for the acicular dielectric particles, indicating that the mechanical properties of the glass composition can be improved by using the acicular dielectric particles.

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明は比誘電率が15以上で且つアス
ペクト比が3以上の針状誘電体粒子と低温で所望の形状
に成形可能であり、使用する周波数帯における誘電特性
等の電気特性、更に耐候性、生産性等の製造面での特性
が良好なガラス組成物とを複合することにより、機械的
特性と誘電特性等の電気特性とを同時に向上した優れた
特性発現することができ、特に高周波集積回路(MI
C)用の配線基板や各種多層基板(誘電体層等)に適す
るガラス組成物を提供することができ、その工業的効果
は大きい。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, needle-like dielectric particles having a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more can be formed into a desired shape at a low temperature, and electrical characteristics such as dielectric characteristics in a frequency band used. Further, by combining with a glass composition having good manufacturing characteristics such as weather resistance and productivity, it is possible to exhibit excellent characteristics in which mechanical characteristics and electrical characteristics such as dielectric characteristics are simultaneously improved. , Especially high frequency integrated circuits (MI
The glass composition suitable for the wiring board for C) and various multilayer boards (dielectric layers, etc.) can be provided, and its industrial effect is great.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年9月22日[Submission date] September 22, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項3[Name of item to be corrected] Claim 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】従来、この種の基板に使用される材料とし
ては、例えば、BaO-TiO2系もしくはその構成元素の一部
を他の元素で置換したもの(特公昭58-20905号公報)、
Ba(Mg1/2Ta2/3)O3等の複合ペロブスカイト構造をもった
組成のもの(特公昭59-23048号公報)、TiO2-ZrO2-SnO2
系もしくはその構成元素の一部を他の元素で置換したも
の(特公昭54-35678号公報)、BaO-TiO2-R2O3 系( R:
稀土類元素)のもの(特公昭56-226321 号公報)等の焼
結体が知られている。しかしながら、これらの材料は比
誘電率が大きいものの、配線基板内部に導体路を多層構
造に設けようとすると、基板の焼成温度が高いために高
融点のPt、Pd等の導体抵抗の大きな材料しか使用するこ
とができず、融点の低いAg系、Cu系やAu系等の導体抵抗
の小さな導体材料を使用することができないため、材料
費が高いのみならず、低温焼成ができないという問題点
があった。
Conventionally, as a material used for this type of substrate, for example, a BaO-TiO 2 system or one in which a part of its constituent elements is replaced with another element (Japanese Patent Publication No. 58-20905),
A composition having a composite perovskite structure such as Ba (Mg 1/2 Ta 2/3 ) O 3 (Japanese Patent Publication No. 59-23048), TiO 2 -ZrO 2 -SnO 2
System or a part of its constituent elements replaced by another element (Japanese Patent Publication No. 54-35678), BaO-TiO 2 -R 2 O 3 system (R:
Sintered bodies such as rare earth elements) (Japanese Patent Publication No. 56-226321) are known. However, although these materials have a large relative permittivity, when a conductor path is formed in a multilayer structure inside a wiring board, the firing temperature of the board is high, so only materials with high conductor resistance such as Pt and Pd with high melting points are used. Since it cannot be used, it is not possible to use a conductive material with a low melting point, such as Ag, Cu, or Au, which has a low conductor resistance. there were.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0005[Name of item to be corrected] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0005】更に、これらの課題を解決するため比誘電
率が大きく、且つ温度係数を小さく調整し得る材料とし
てコージェライト系組成のガラスにTiO2粒子及びR2Ti2O
7 粒子( R:稀土類元素)を分散配合した材料が提案さ
れている(特開平4-83736 号公報)。これらの材料は比
誘電率が大きく、且つ前記材料は比誘電率が大きく、且
つ温度係数を小さく調整し得るものであるが、基板の信
頼性等の実用面及び製造時の取り扱いの面で望まれてい
る機械的特性が十分でないという問題があった。
Further, in order to solve these problems, glass having a cordierite composition and TiO 2 particles and R 2 Ti 2 O are used as a material which can be adjusted to have a large relative dielectric constant and a small temperature coefficient.
A material in which 7 particles (R: rare earth element) are dispersed and blended has been proposed (JP-A-4-83736). These materials have large dielectric constant, and the material has a large dielectric constant, and it is intended that the temperature coefficient can be reduced adjusted, in terms of handling of practical Men及 beauty during the production of the reliability and the like of the substrate desired is to have mechanical properties was a gutter cormorants problem not sufficient.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0008】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明でいうアスペクト比とは、針状または柱状の
粒子の長軸の短軸に対する長さの比である。本発明に用
いる針状誘電体粒子は、比誘電率が15以上で且つアス
ペクト比が3以上のものであれば特に限定されないが、
バリウム、チタン及び稀土類元素もしくは、チタン及び
稀土類元素を主成分とする酸化物が好適である。また、
本発明でいう結晶化ガラスとは結晶とガラスとから構成
されいるものをいうが、出発物質であるガラスがすべ
て結晶に転化したものも含むものとする。
The present invention will be described in more detail below. The aspect ratio in the present invention is the ratio of the major axis of the acicular or columnar particles to the minor axis. The needle-shaped dielectric particles used in the present invention are not particularly limited as long as they have a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more.
Barium, titanium and rare earth elements or oxides containing titanium and rare earth elements as main components are preferable. Also,
The crystallized glass in the present invention refers to what is composed of a crystal and glass, but shall also include those glass as the starting material was converted to all crystals.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】また、一般の複合材料に適用されるよう
に、比誘電率が15以上で且つアスペクト比が3以上の
針状誘電体粒子以外に、強化材或いは熱膨張調整材とし
て機械的特性或いは誘電特性等の電気特性を調整するた
めに、必要に応じて、比誘電率が15未満の針状粒子強
化材や粒子形状或いは板状粒子等のフィラーを配合して
もよい。そのようなフィラーとしては、チタニア、アル
ミナ、石英、ムライト、フォルステライト、石英ガラ
ス、炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニウム等が挙げ
られる。このうち、チタニア比誘電率が100 程度と大
きく、共振周波数の温度係数は +450 ppm/℃程度であ
り、その添加量を増加させることにより温度係数をプラ
ス側に調整することができる。また、アルミナ、石英、
ムライト、フォルステライト等は、比誘電率が大きくな
いので、添加による誘電率の向上はあまり期待できない
が、アルミナは強度を高める効果が期待でき、石英、ム
ライト、フォルステライト等は熱膨張係数を調整する効
果が期待できる。炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニ
ウム等は粒子形態よりもウイスカー形態の比誘電率が1
5未満の針状粒子強化材の例として挙げることができ
る。これらの針状粒子は、一般の複合材料の強化材料と
して使用される材料であり、機械的特性を向上する効果
が期待できる。これらのフィラーの配合割合は、目的の
誘電特性及び機械的特性が得られる範囲で選ぶことがで
きる。
Further, as applied to general composite materials, in addition to acicular dielectric particles having a relative permittivity of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more, they have mechanical characteristics or a mechanical property as a reinforcing material or a thermal expansion adjusting material. In order to adjust electric properties such as dielectric properties, a needle-like particle reinforcing material having a relative dielectric constant of less than 15 or a filler such as a particle shape or plate particles may be blended, if necessary. Examples of such fillers include titania, alumina, quartz, mullite, forsterite, quartz glass, silicon carbide, silicon nitride, aluminum borate and the like. Of these, titania has a large relative permittivity of about 100, and the temperature coefficient of the resonance frequency is about +450 ppm / ° C, and the temperature coefficient can be adjusted to the positive side by increasing the addition amount. Also, alumina, quartz,
Since mullite, forsterite, etc. do not have a large relative permittivity, it cannot be expected to improve the permittivity by adding them, but alumina can be expected to increase the strength, and quartz, mullite, forsterite, etc. adjust the thermal expansion coefficient. You can expect the effect of doing. Silicon carbide, silicon nitride, aluminum borate, etc. have a relative dielectric constant of 1 in the whisker form rather than in the particle form.
Mention may be made, as an example, of a needle-shaped particle reinforcing material having a number of less than 5. These acicular particles are materials used as a reinforcing material for general composite materials, and can be expected to have an effect of improving mechanical properties. The blending ratio of these fillers can be selected within a range where desired dielectric properties and mechanical properties are obtained.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0014】次に第二の発明について説明する。第二の
発明でいう稀土類元素とは、一般の定義通りLa、Ce、P
r、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu
及びY 、Scの17種類の元素であり、特に要求される誘電
体の特性によるがLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb
及びDyなどが有用である。第二の発明では、バリウム、
チタン及び上記稀土類元素もしくはチタン及び上記稀土
類元素を主成分とする酸化物の針状誘電体粒子を用いる
ことが特徴であるが、この主成分以外の添加成分として
は特に限定されないが、Pb、Sr、Ca、Zr、Hf、Bi、Mn、
Al、Mg、Si、Ge、Te、Ni、Tl、Sb、Co及びCr等を一種以
上添加してもよく、その添加量は酸化物換算で通常25
重量%以下が好ましい。
[0014] Next will be explained in the second of the inventions. The rare earth element referred to in the second invention is La, Ce, P as generally defined.
r, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
And 17 kinds of Y and Sc, depending on the characteristics of the required dielectric material, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb.
And Dy are useful. In the second invention, barium,
The needle-like dielectric particles of titanium and the rare earth element or an oxide containing titanium and the rare earth element as a main component are characteristic, but the addition component other than this main component is not particularly limited, but Pb , Sr, Ca, Zr, Hf, Bi, Mn,
One or more of Al, Mg, Si, Ge, Te, Ni, Tl, Sb, Co and Cr may be added, and the addition amount is usually 25 in terms of oxide.
It is preferably less than or equal to weight%.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】また、チタン及び稀土類元素の組成比は特
に限定されるものではないが、具体的には、R4Ti9O24
R2Ti4O11、R2Ti3O9-x 、R2Ti2O7 、RTiO3 、R2TiO5(R
は稀土類元素を表す)等の化合物や固溶体が挙げられ
る。これらの物質の比誘電率εr 、品質係数Q(誘電損
失 tanδの逆数)及び温度係数τf 等の誘電特性は、そ
の結晶構造と組成、特に稀土類元素の種類と組成比、及
び製造条件等により大きく異なり、使用目的に応じて選
択される。例えば、R2Ti2O7 の誘電特性は、比誘電率ε
r が35〜45程度、品質係数Qが 500〜12000 程度、温度
係数τf は0〜-120程度であり、稀土類元素の種類と組
成比及び製造条件によって異なる。また、R4Ti9O24の誘
電特性は、比誘電率εr が35程度、温度係数τf は0〜
+80程度ある。
The composition ratio of titanium and rare earth elements is not particularly limited, but specifically, R 4 Ti 9 O 24 ,
R 2 Ti 4 O 11 , R 2 Ti 3 O 9-x , R 2 Ti 2 O 7 , RTiO 3 , R 2 TiO 5 (R
Represents a rare earth element) and other compounds and solid solutions. The dielectric properties of these substances, such as relative permittivity εr, quality factor Q (reciprocal of dielectric loss tanδ) and temperature coefficient τf, depend on their crystal structure and composition, especially the type and composition ratio of rare earth elements, and manufacturing conditions. It varies greatly and is selected according to the purpose of use. For example, the dielectric property of R 2 Ti 2 O 7 is
The r is about 35 to 45, the quality factor Q is about 500 to 12000, and the temperature factor τf is about 0 to -120, which varies depending on the type and composition ratio of rare earth elements and manufacturing conditions. The dielectric properties of R 4 Ti 9 O 24 are as follows: relative permittivity εr of about 35, temperature coefficient τf of 0
It is about +80.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 比誘電率が15以上で且つアスペクト比
が3以上の針状誘電体粒子を含有してなることを特徴と
する結晶化ガラス組成物。
1. A crystallized glass composition comprising acicular dielectric particles having a relative dielectric constant of 15 or more and an aspect ratio of 3 or more.
【請求項2】 前記針状粒子がバリウム、チタン及び稀
土類元素、もしくはチタン及び稀土類元素を主成分とす
る酸化物であることを特徴とする請求項1記載の結晶化
ガラス組成物。
2. The crystallized glass composition according to claim 1, wherein the acicular particles are barium, titanium and rare earth elements, or oxides containing titanium and rare earth elements as main components.
【請求項3】 前記結晶化ガラスがマグネシア、アルミ
ナおよびシリカを主成分とするすることを特徴とする請
求項1記載の結晶化ガラス組成物。
3. The crystallized glass composition according to claim 1, wherein the crystallized glass contains magnesia, alumina and silica as main components.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013168238A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-14 新電元工業株式会社 Glass composition for semiconductor junction protection, method for producing semiconductor device, and semiconductor device
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